Đồ án xây dựng quy trình chuyển đổi dữ liệu từ microstation sang arcgis

1 Mục lục Mục lục 1 MỞ ĐẦU 2 Chương 1: Tìm hiểu về bản đồ số và công nghệ GIS 4 1.1. Bản đồ số 4 1.2. Công nghệ GIS 8 Chương 2: Tìm hiểu về cấu trúc dữ liệu, xây dựng quy trình chuyển dữ liệu và chuẩn hóa dữ liệu từ MicroStation sang Arcgis 12 2.1. Cấu trúc dữ liệu MicroStation và Arcgis 12 2.2. Các công cụ chuyển đổi dữ liệu 17 2.3. Xây dựng quy trình chuyển đổi 22 Chương 3: Xây dựng bản đồ 3D trên Arcgis 32 3.1. Khái quát về 3D 32 3.2. Biên tập bản đồ 3D 33 KẾT LUẬN 52 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 2 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đồ án Ngày nay, các cơ sở dữ liệu phục vụ cho việc thành lập bản đồ thường được lưu trữ ở định dạng MicroStation. Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, hệ thống các phần mềm GIS cung cấp đầy đủ các tính năng, công cụ cho việc quản lý, truy vấn, phân tích bản đồ một cách hiệu quả hơn. Vì vậy, nhu cầu chuyển dữ liệu từ định dạng MicroStation sang Arcgis thực sự cấp thiết. Các phần mềm GIS thông thường như: Mapinfor, Arcgis cũng có những công cụ để chuyển đổi dữ liệu. Tuy nhiên, quá trình chuyển đổi vẫn còn nhiều hạn chế. FME là một phần mềm dùng để chuyển đổi dữ liệu hiệu quả nhưng vẫn chưa được sử dụng nhiều ở Việt Nam. Vì vậy, việc nghiên cứu, tìm hiểu sử dụng FME trong việc chuyển đổi dữ liệu sẽ giúp sử dụng hiệu quả các nguồn dữ liệu. Cùng với sự phát triển của công nghệ làm bản đồ, bản đồ 3D ra đời và ngày càng thể hiện được tính ưu việt của nó so với bản đồ 2D. Bản đồ 3D cho phép thể hiện đối tượng bản đồ một cách trực quan hơn, cho người nhìn một cái nhìn tổng quát về khu vực quan tâm. Ngoài ra, với bản đồ 3D, việc thể hiện bề mặt trái đất trở nên dễ dàng và thuận tiện hơn so với những phương pháp truyền thống. Nó hỗ trợ những nhà phân tích, người sử dụng bản đồ trong việc thể hiện trực quan sinh động bề mặt trái đất và đưa ra những phân tích hiệu quả phục vụ cho đời sống dân sinh. Vì vậy, học viên đã chọn đồ án tốt nghiệp “Xây dựng quy trình chuyển đổi dữ liệu từ MicroStation sang Arcgis bằng phần mềm FME và thành lập bản đồ 3D trên Arcgis”. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ Mục tiêu của đồ án: - Tìm hiểu và đưa ra quy trình chuyển cơ sở dữ liệu từ định dạng *.dgn của MicroStation sang định dạng *.shp của Arcgis bằng phần mềm FME. - Chuẩn hóa cơ sở dữ liệu trong Arcgis. - Tìm hiều và thử nghiệm xây dựng bản đồ 3D trong Arcsence (một công cụ mở rộng của Arcgis) Nhiệm vụ của đồ án: Nghiên cứu phương thức chuyển dữ liệu bản đồ từ định dạng MicroStation sang Arcgis bằng FME tối ưu nhất. Nghiên cứu sử dụng phần mềm Arcgis 10 để chuẩn hóa cơ sở dữ liệu. 3 Thử nghiệm xây dựng bản đồ 3d, lấy mảnh bản đồ tỷ lệ 1:25 000 phiên hiệu mảnh E-48-57-D-c để xây dựng. 3. Phạm vi nghiên cứu của đồ án Thử nghiệm trên mảnh bản đồ số E-48-57-D-c khu vực Phong Nha – Kẻ Bàng – Quảng Bình. Qua quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và tiến hành thực nghiệm dưới sự hướng dẫn tận tình của cô giáo hướng dẫn và các thầy cô giáo trong bộ môn Trắc Địa Bản đồ, em đã hoàn thành những vấn đề cơ bản của đồ án. Mặc dù đã rất cố gắng, song do kinh nghiệm còn ít khó tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn học viên để đồ án của em được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn!!! 4 Chương 1: Tìm hiểu về bản đồ số và công nghệ GIS 1.1. Bản đồ số 1.1.1. Khái niệm Bản đồ số là hệ thống các thông tin về yếu tố địa hình, các đối tượng, hiện tượng địa lý được mã hoá và lưu ở dạng số (toạ độ x, y, độ cao h, và các số liệu thuộc tính), trên các phương tiện kĩ thuật số mà máy tính có thể đọc được (băng từ, đĩa từ, đĩa CD, đĩa cứng, các thiết bị lưu trữ giao tiếp bằng cổng USB…). Ta chỉ có thể nhìn thấy hình ảnh của nó (dạng tương tự) khi nó được in ra trên giấy, hay thể hiện trên trên các phương tiện hiển thị khác nhau như màn hình máy tính, mạng máy tính… khi in ra giấy (hoặc vật liệu phẳng), ta được bản đồ truyền thống; khi hiện trên màn hình máy tính thì gọi là bản đồ điện tử (hoặc bản đồ màn hình). Để sử dụng và làm việc với bản đồ số, phải có máy tính điện tử và các thiết bị liên quan, có các phần mềm (chương trình) máy tính và phần mềm bản đồ chuyên dụng. Mức độ đầy đủ thông tin về nội dung và độ chính xác các yếu tố trong bản đồ số hoàn toàn giống như bản đồ truyền thống, chúng phải đáp ứng được các yêu cầu và tiêu chuẩn bản đồ. 1.1.2. Đặc điểm chính Bản đồ số trước hết là bản đồ, có đầy đủ các đặc điểm đặc trưng của bản đồ truyền thống, như: - Bản đồ là hình ảnh thu nhỏ của một phần hay toàn bộ bề mặt Trái đất, trên cơ sở toán học xác định, bao gồm: tỷ lệ, phép chiếu, bố cục bản đồ và sai số biến dạng của bản đồ tùy theo phép chiếu được lựa chọn. - Các đối tượng và hiện tượng (nội dung bản đồ) được biểu thị theo một phương pháp lựa chọn và khái quát nhất định (tổng quát hoá bản đồ). - Các đối tượng và hiện tượng được biểu thị bằng ngôn ngữ bản đồ. Ngoài ra, bản đồ số còn có một số đặc điểm riêng như: - Mọi thông tin của bản đồ số được ghi ở dạng số (mã nhị phân - binary). Thông tin của bản đồ số được cấu trúc theo kiểu raster hoặc vector, có kèm theo topology, tổ chức thành các file bản đồ riêng, hoặc liên kết thành thư mục, được lưu trong hệ thống máy tính hoặc thiết bị ghi thông tin có khả năng đọc bằng máy tính. - Ngoài thông tin đồ họa, bản đồ số còn chứa đựng những dữ liệu mà bản đồ truyền thống không liên kết trực tiếp được. - Khối lượng dữ liệu lớn hơn. 5 - Tỷ lệ của bản đồ số mang tính điều kiện. 1.1.3. Tính chất của bản đồ số Bản đồ số có nhiều tính chất ưu việt hơn bản đồ truyền thống: - Tính trực quan. - Tính đầy đủ. - Cấu trúc Bản đồ số có tính chuẩn hoá cao. - Tính linh hoạt. - Sử dụng bản đồ số rất tiện lợi. 1.1.4. Cấu trúc dữ liệu của bản đồ số Thông tin về các đối tượng, hiện tượng địa lý lưu trữ trong máy tính phải được cấu tạo chặt chẽ tuân theo những nguyên tắc nhất định, phù hợp với nguyên lý số của máy tính. Cấu tạo đó được gọi là cấu trúc dữ liệu. Có hai dạng cấu trúc dữ liệu của bản đồ số là: cấu trúc raster và cấu trúc vector. Cấu trúc raster: - Cấu trúc raster phân chia bề mặt không gian thành những phần tử nhỏ bằng nhau, theo một lưới điều hòa (grid) gồm các hàng và cột, tính theo thứ tự bắt đầu từ đỉnh phía trái. - Những phần tử nhỏ này được gọi là cell (pixell), mỗi phần tử mang một giá trị đơn gồm giá trị số hàng, số cột trên lưới điều hòa và tông mầu. Một mặt phẳng chứa đầy cell tạo thành raster. Trên hình vẽ 1 là một thể hiện bản đồ đất. mỗi vùng được đánh dấu bằng các ô theo các giá trị khác nhau. Ta có được một lưới các ô có giá trị khác nhau. Nếu gán nước giá trị 1, rừng = 2, đất nông nghiệp = 3 ta sẽ có một mảng số liệu từ các giá trị 1,2,3 (hình 1): 6 Hình 1.1 : Biểu diễn raster dữ liệu theo lưới điểm Hình 1.2: Biểu diễn raster dữ liệu theo cấu trúc ô chữ nhật phân cấp Hình 1.3. Chồng xếp các lớp thông tin của dữ liệu raster Cấu trúc vector: Vector là đại lượng biến thiên có độ lớn và có hướng, và có thể phân tích ra thành các hợp phần. Cấu trúc vector mô tả vị trí của các đối tượng trong không gian bằng tọa độ cùng kết cấu hình học gồm đường nét, cạnh, mặt, và quan hệ giữa chúng. Điểm dùng cho tất cả các đối tượng không gian mà được biểu diễn như một cặp toạ độ (X,Y). Ngoài giá trị toạ độ (X,Y), điểm còn thể hiện kiểu điểm, màu, hình dạng và dữ liệu thuộc tính đi kèm. Do đó trên bản đồ điểm có thể được biểu hiện bằng ký hiệu hoặc text. 7 Hình 1.4: Zero chiều: - Điểm - của đối tượng bản đồ Đường dùng để biểu diễn tất cả các thực thể có dạng tuyến, đựơc tạo nên từ hai hoặc hơn cặp toạ độ (X,Y). Ngoài toạ độ, đường còn có thể bao hàm cả góc quay tại đầu mút. Hình 1.5: Một chiều - Đường - của các đối tượng bản đồ Vùng là một đối tượng hình học 2 chiều. Vùng có thể là một đa giác đơn giản hay hợp của nhiều đa giác đơn giản. So sánh cấu trúc raster và vertor: Ưu điểm chủ yếu của cấu trúc raster là cho phép thực hiện nhanh, gần như tự động quá trình nhập dữ liệu bằng máy quét (scaner). Cấu trúc số liệu đơn giản. Chồng ghép dễ dàng. Công nghệ đơn giản rẻ tiền, dễ phát triển. 8 Nhược điểm: Kích thước của tập tin (File) lớn, nếu giảm kích thước tập tin, thì độ phân giải của ảnh sẽ giảm đi, dẫn đến mất thông tin. Bản đồ raster xấu hơn so với bản đồ vector do phụ thuộc vào kích thước pixel. Cấu trúc vector có kích thước dữ liệu nhỏ hơn và dễ thao tác, dễ xử lý hơn trong phần lớn các trường hợp. Cấu trúc vector có độ chính xác đồ hoạ cao, có thể truy cập, thay đổi cập nhật thuộc tính dễ dàng. Nhược điểm: Thường khó nhập dữ liệu một cách tự động như raster. Thường cấu trúc raster được dùng bảo quản dữ liệu gốc, như dữ liệu ảnh, bản đồ cũ… Cấu trúc vector được sử dụng rộng rãi hơn trong lưu trữ thông tin bản đồ mới do đặc tính mềm dẻo của nó. Thực tế, có thể sử dụng phối hợp cả hai loại cấu trúc trên. Topology: Là thuộc tính không gian của đối tượng. Nó phản ánh các mối quan hệ giữa các đối tượng hoặc các thành phần của chúng trong không gian, ví dụ, hai đối tượng nằm bên trái, bên phải, hay phủ nhau. 1.2. Công nghệ GIS 1.2.1. Định nghĩa về GIS Đã có rất nhiều định nghĩa về GIS xuất phát từ những bối cảnh, mục đích sử dụng hoặc quan điểm khoa học khác nhau. Định nghĩa của hãng ESRI có tính khái quát hơn, được sử dụng phổ biến hơn cả: “GIS là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất tất cả những dạng thông tin liên quan đến vị trí địa lý”. 1.2.2. Các thành phần cơ bản của GIS GIS được kết hợp bởi 5 thành phần chính: con người, phần cứng, phần mềm, cơ sở dữ liệu và quy trình. 9 Hình 1.6: Các thành phần của hệ thống GIS Con người: Có thể coi thành phần quan trọng nhất trong một hệ GIS là con người. Công nghệ GIS sẽ không phát huy được tác dụng và giá trị của nó nếu không có con người tham gia quản lý hệ thống và phát triển những ứng dụng GIS trong thực tế. Người sử dụng GIS là những chuyên gia kỹ thuật, người thiết kế và duy trì hệ thống hoặc những người dùng GIS để giải quyết các nhiệm vụ nghiên cứu, thực hiện các các mục tiêu nghiên cứu của họ. Phần cứng: Về cơ bản, hệ thống thiết bị phần cứng của một hệ GIS bao gồm các phần chính là: bộ xứ lý trung tâm (CPU); các thiết bị đầu vào như bàn số hoá, máy quét, các thiết bị thu nhận thông tin điện tử; các thiết bị lưu trữ, hiển thị như thiết bị ghi ngoài, màn hình, máy vẽ Phần cứng của hệ thống thông tin địa lý được xem như là phần cố định mà bằng mắt thường ta có thể dễ dàng thấy được. Các thiết bị này cũng hết sức đa dạng về kích cỡ, kiểu dáng, tốc độ và độ phân giải do các hãng khác nhau sản xuất, chúng được kết nối với máy tính để thực hiện việc nhập và xuất dữ liệu. Phần mềm: phần mềm GIS rất đa dạng và phong phú do các hãng khác nhau sản xuất. Các phần mềm GIS có thể giống nhau ở chức năng song khác về tên gọi, hệ điều hành hay môi trường hoạt động, giao diện, khuôn dạng dữ liệu không gian và hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Theo thời gian, phần mềm GIS đã phát triển ngày càng thân thiện với người dùng, toàn diện về chức năng và có khả năng quản lý dữ liệu rất hiệu quả. Tuy nhiên, do sự tăng mạnh số người bán cũng như năng lực của GIS đã khiến cho sự lựa chọn phần mềm GIS trở thành một quyết định không đơn giản để lựa chọn phần mềm một cách hợp lý. 10 Cơ sở dữ liệu: Phần dữ liệu GIS bao gồm dữ liệu không gian và thuộc tính (phi không gian). Dữ liệu không gian là dữ liệu về vị trí của các đối tượng trên mặt đất theo một hệ quy chiếu xác định. Nó có thể được biểu diễn dưới dạng các ô lưới hay các cặp tọa độ hoặc cả hai, tuỳ thuộc vào khả năng của từng phần mềm cụ thể. Dữ liệu phi không gian là dữ liệu thuộc tính hay dữ liệu mô tả các đối tượng địa lý. Dữ liệu thuộc tính thường được trình bày dưới dạng bảng. Sự kết nối giữa dữ liệu không gian và dữ liệu phi không gian trong GIS là cơ sở để xác định chính xác các đối tượng địa lý và thực hiện phân tích tổng hợp GIS. Quy trình (phương pháp): Một hệ GIS thành công theo khía cạnh thiết kế và luật thương mại là được mô phỏng và thực thi duy nhất cho mỗi tổ chức. Để thành công, một hệ GIS phải nằm trong một khung tổ chức thích hợp. GIS được vận hành bởi các nhân viên báo cáo với quản lý, ban quản lý đó được giao sứ mệnh khai thác cơ sở GIS theo cách thức phục vụ cộng đồng người dùng trong phạm vi một ngành nghề, doanh nghiệp hay một cơ quan Chính phủ. Cuối cùng, mục đích và giải trình cho cơ sở GIS là giúp người dùng thực hiện các mục tiêu của cơ quan, tổ chức 1.2.3. Tầm quan trọng của GIS Vai trò của GIS: - GIS tích hợp thông tin không gian và các loại thông tin khác về không gian trong cùng một hệ thống đơn giản. Nó đưa ra một khuôn mẫu nhất quán để phân tích thông tin địa lý. - GIS cho phép ta tính toán và trình bày các kiến thức địa lý theo một cách mới, hấp dẫn, khai thác nhanh chóng, thuận tiện. - GIS liên kết các hoạt động giống nhau về địa lý. Khả năng của GIS: - Nhập dữ liệu từ những nguồn dữ liệu khác nhau. - Lưu trữ (Storing) và duy trì thông tin cùng các mối quan hệ không gian cần thiết. - Thao tác trên dữ liệu, tìm kiếm, chuyển đổi, hiệu chỉnh, tính toán… - Lập mô hình ứng dụng (phân tích, tổng hợp, dự báo, thiết kế, quy hoạch, ra quyết định…). - Trình diễn (chiết xuất) sản phẩm dưới các dạng khác nhau: văn bản, bảng biểu, hình ảnh video, ảnh số, bản đồ số, bản đồ chế tạo từ máy tính điện tử và máy vẽ. [...]... thuộc tính, khi chuyển đổi các định dạng khác nhau mà không làm mất, sai dữ liệu Để chuyển đổi định dạng dữ liệu trong FME ta có thể sử dụng FME WorkBench hay FME Universal Translator 2.3 Xây dựng quy trình chuyển đổi 2.3.1 Quy trình chuyển đổi 23 Chuyển dữ liệu trong FME Khung lưới line khungluoi.shp khungluoi.shp (line) toado.shp (level 1,5,6,30) Ghi chú tọa độ Chuẩn dữ liệu trong Arcgis toado.shp... điểm riêng biệt của đối tượng Đồng thời, qua đó người sử dụng dễ dàng tra cứu, tìm kiếm và chọn lọc các đối tượng theo yêu cầu thông qua bộ lọc và xác định các thuộc tính hay chỉ số Index Chương 2: Tìm hiểu về cấu trúc dữ liệu, xây dựng quy trình chuyển dữ liệu và chuẩn hóa dữ liệu từ MicroStation sang Arcgis 2.1 Cấu trúc dữ liệu MicroStation và Arcgis 2.1.1 MicroStation MicroStation là một hệ phần mềm... sau: thu thập dữ liệu, lưu trữ dữ liệu, quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu, hiển thị dữ liệu và kết xuất dữ liệu Bản thân GIS không phải là một hệ thống lập bản đồ tự động nhưng với GIS ta không chỉ có thể nhập, lưu trữ và phân tích bản đồ mà còn có thể tạo ra được các bản đồ để trình bày và phục vụ quá trình ra quy t định và hoạch định chính sách về tài nguyên và môi trường Như vậy, bản đồ vừa là đầu... mạnh mẽ trong việc chuyển đổi dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính Dữ liệu GIS của các bộ sản phẩm phần mềm là khác nhau và các dữ liệu này có điểm tương đồng và có thể chuyển đổi qua lại để sử dụng, và FME sẽ giúp bạn thực hiện tốt nhiệm vụ này FME giúp chúng ta sử dụng được dữ liệu linh hoạt, chuyển đổi qua các dịnh dạng GIS khác nhau, cho phép thao tác dễ dàng và chính xác với dữ liệu không gian... cơ sở dữ liệu Khái niệm cơ sở dữ liệu là trọng tâm của GIS và là sự khác nhau chủ yếu giữa GIS với các hệ thống tạo bản đồ trên máy tính khác Tất cả các GIS đương thời đều kết hợp chặt chẽ với hệ quản trị cơ sở dữ liệu Một cơ sở dữ liệu GIS hoàn chỉnh bao gồm: cơ sở dữ liệu không gian và cơ sở dữ liệu thuộc tính Các cơ sở dữ liệu này bao gồm các file tập tin chứa các dữ liệu về vị trí và dữ liệu mô... chữ Để chuyển đổi định dạng dữ liệu trong phần mềm MapInfo, sử dụng công cụ Universal Translator Thực hiện theo hình dưới đây: 20 Hình 2.3: Khởi động công cụ Cửa sổ xuất hiện: Hình 2.4: Cửa sổ Univernal Translator Nhược điểm khi chuyển đổi dữ liệu bằng Mapinfor: Dữ liệu khi được chuyển bằng Mapinfor nhiều khi bị mất dữ liệu thuộc tính, dữ liệu không gian nếu phức tạp sẽ dễ bị lỗi 2.2.2 Arcgis Arcgis... dữ liệu, máy tính phải lưu trữ cả dữ liệu dạng bảng và dữ liệu đồ hoạ theo khuôn dạng có tổ chức và có thể tìm kiếm được - Cơ sở dữ liệu không gian 12 - Cơ sở dữ liệu phi không gian - Kết nối các đối tượng và thuộc tính Mối liên kết các dữ liệu phản ánh mối quan hệ mật thiết giữa hai loại thông tin Mối liên kết bảo đảm cho mỗi đối tượng bản đồ đều được gắn liền với các thông tin thuộc tính, phản ánh... thêm vào một bản đồ ArcScene có các chức năng tương tự như ArcMap, ngoài ra nó còn cho phép người sử dụng hiển thị bản đồ dưới dạng 3D ArcToolbox cung cấp các công cụ để xử lí, xuất – nhập các dữ liệu từ các định dạng khác như MapInfo, MicroStation, AutoCad… Cũng giống như các phần mềm thông tin địa lý khác, Arcgis cũng hỗ trợ công cụ để chuyển đổi định dạng dữ liệu Để chuyển đổi dữ liệu, có thể sử... đối tượng trên bản đồ Mặt mạnh của một hệ GIS phụ thuộc vào khả năng liên kết hai kiểu dữ liệu này và duy trì được mối quan hệ không gian giữa các đối tượng trên bản đồ Khả năng tích hợp dữ liệu cho phép tìm kiếm và phân tích dữ liệu một cách có hiệu quả theo các quan điểm địa lý, ta có thể truy nhập dữ liệu bảng thông qua bản đồ hoặc có thể tạo ra được bản đồ thông qua các cơ sở dữ liệu bảng Để truy... cụ của MicroStation được sử dụng để số hoá các đối tượng trên nền ảnh (Raster), sửa chữa, biên tập dữ liệu và trình bày bản đồ MicroStation còn cung cấp công cụ nhập, xuất (import, export) dữ liệu đồ họa từ các phần mềm khác qua các file (.dxf) hoặc (.dwg) Irasb Irasb là phần mềm hiển thị và biên tập dữ liệu raster dưới dạng các ảnh đen trắng (black and white image) và được chạy trên nền của MicroStation